1 ABS/ASR的基本原理
1.1 ABS的基本原理
ABS(Anti-lock Braking System,即防抱死制動(dòng)系統(tǒng))是在制動(dòng)期間控制和監(jiān)視汽車速度的電子控制系統(tǒng)。在汽車制動(dòng)的過程中,它通過常規(guī)制動(dòng)系統(tǒng)起作用,能夠自動(dòng)地控制車輪在旋轉(zhuǎn)方向上的打滑,并把相應(yīng)的滑移率控制在最佳范圍之內(nèi),可提高汽車的主動(dòng)安全性。
在汽車的制動(dòng)過程中,使汽車制動(dòng)而減速行駛的外力是路面作用于輪胎胎面上的地面制動(dòng)力。但地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力:一是制動(dòng)裝置對(duì)車輪的摩擦力,即制動(dòng)器制動(dòng)力;另一個(gè)是輪胎與路面間的摩擦力,即地面附著力。只有當(dāng)汽車有足夠的制動(dòng)器制動(dòng)力及地面附著力時(shí),才能獲得足夠的地面制動(dòng)力。
汽車制動(dòng)過程中,車速和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)線速度(輪速)之間存在著速度差,也就是車輪與地面之間有滑移現(xiàn)象。一般用滑移率S來表示滑移的程度
式中:u—車速;w—輪速。
試驗(yàn)和理論分析表明:在制動(dòng)過程中,滑移率S是與制動(dòng)的距離、制動(dòng)時(shí)的方向可控性和制動(dòng)的平穩(wěn)性密切相關(guān)的可控制的量。其原因在于滑移率與汽車和地面間的縱向附著系數(shù)μB及側(cè)向附著系數(shù)μS的關(guān)系呈一定的非線性曲線關(guān)系,見圖1制動(dòng)控制區(qū)?;坡蔛=0時(shí),汽車處于非制動(dòng)狀態(tài),縱向附著系數(shù)μB=0,側(cè)向附著系數(shù)μS處于最大值;汽車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí),μB隨滑移率S的增大而增大,μS隨滑移率S的增大而減小,當(dāng)滑移率S達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí),μB達(dá)到最大,這時(shí)的滑移率稱為最佳滑移率(用SK表示);之后隨著滑移率的增大,μB和μS不斷減小,滑移率S=100%時(shí),車輪完全抱死,μB降到一數(shù)值,μS≈0縱向附著力不大,側(cè)向附著能力幾乎盡失,汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性、方向穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向能力將完全喪失。
滑移率S在0~Sk區(qū)間,可保證穩(wěn)定制動(dòng),稱為穩(wěn)定區(qū);在Sk至100%區(qū)間為不穩(wěn)定區(qū),當(dāng)滑移率S超過Sk后,車輪很快就會(huì)進(jìn)入抱死狀態(tài)。當(dāng)滑移率S處于10%~30%之間時(shí),縱向附著系數(shù)μB處于峰值范圍,側(cè)向附著系數(shù)μS也比較大,可以同時(shí)得到較大的縱向和側(cè)向附著力,是安全制動(dòng)的理想工作區(qū)域。
ABS的基本原理就是通過調(diào)節(jié)制動(dòng)管路的壓力,控制車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力,使汽車在緊急制動(dòng)時(shí),輪速保持在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi),車輪滑移率控制在10%~30%的穩(wěn)定制動(dòng)區(qū)段上,車輪不被抱死,既能保持最大的制動(dòng)力,又能充分利用車輪附著力,大大提高制動(dòng)效能。
1.2 ASR的基本原理
ASR(Anti-Slip Regulation,即驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng))也叫自動(dòng)牽引力控制TCS(Traction Control System),是一套在ABS基礎(chǔ)上發(fā)展起來,與ABS一起對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行控制的系統(tǒng)。
汽車的行駛受行駛牽引力和附著力的限制,即要滿足
式中:∑Ff——汽車行駛阻力;F1——汽車牽引力;Fφ——汽車附著力。
如果路面的附著系數(shù)很小,容易使汽車的牽引力超過輪胎與路面間的附著極限(即Ft>Fφ),產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)輪過度滑轉(zhuǎn),后輪驅(qū)動(dòng)的汽車將可能甩尾,前輪驅(qū)動(dòng)的汽車則容易方向失控,導(dǎo)致汽車向一側(cè)偏移。驅(qū)動(dòng)防滑的基本原理與制動(dòng)防滑相似,根據(jù)地面附著系數(shù)和車輪滑移率的關(guān)系曲線(見圖1驅(qū)動(dòng)控制區(qū)),把車輪滑移率控制在一定范圍內(nèi),提高地面附著力的利用率,改善驅(qū)動(dòng)性能。
目前,ASR常用的控制方法有種:一是調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)加在驅(qū)動(dòng)輪上的轉(zhuǎn)矩的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。汽油機(jī)常通過控制燃油噴射量、點(diǎn)火時(shí)間、節(jié)氣門開度來減低其輸出轉(zhuǎn)矩;柴油機(jī)常通過控制燃油噴射量來減低其輸出轉(zhuǎn)矩。二是對(duì)發(fā)生打滑的驅(qū)動(dòng)輪直接施加制動(dòng)的制動(dòng)控制。如果驅(qū)動(dòng)輪在不同附著系數(shù)的路面上,通過對(duì)打滑的驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng),降低滑移率,提高驅(qū)動(dòng)力。對(duì)于附著系數(shù)相同的路面,可通過發(fā)動(dòng)機(jī)控制來實(shí)現(xiàn)防驅(qū)動(dòng)輪打滑,也可對(duì)打滑的兩驅(qū)動(dòng)輪實(shí)施制動(dòng);為防止制動(dòng)蹄過熱,當(dāng)車速高于一定值時(shí),制動(dòng)控制將不起作用,要依靠發(fā)動(dòng)機(jī)控制。
ASR與ABS有十分密切的聯(lián)系,是ABS的自然延伸。二者在技術(shù)上比較接近,部分軟、硬件可以共用。ABS所用的傳感器和壓力調(diào)節(jié)器均可為ASR所利用,ABS的電子控制裝置只需要在功能上進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展即可用于ASR裝置。在 ABS的基礎(chǔ)上,只需添加ASR電磁閥,即可對(duì)過分滑轉(zhuǎn)的車輪實(shí)施制動(dòng)。對(duì)電控發(fā)動(dòng)機(jī)來說,通過總線就可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩。非電控發(fā)動(dòng)機(jī),只需增加一些傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu),就可控制發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出力矩?;诖?,通常把二者有機(jī)地結(jié)合起來,形成汽車ABS/ASR防滑控制系統(tǒng)。
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